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I generatori elettrochimici 2/3

I generatori elettrochimici

L’ACCUMULATORE AL PIOMBO

L’accumulatore per eccellenza, ovvero il capostipite di tutti i sistemi elettrici per l’immagazzinamento di energia, è l’accumulatore al piombo. I due elettrodi, negativo e positivo, sono formati rispettivamente da una “piastra” di piombo spugnoso e da una di biossido di piombo, immersi in una soluzione di acido solforico. Il termine piastra indica un particolare supporto conduttivo, a forma di lastra piana, che sostiene un impasto poroso che costituisce la parte elettrochimicamente attiva della batteria.

accumulatori_al_piobo_interno

La materia attiva dell’accumulatore viene sorretta meccanicamente da una “griglia” che svolge la funzione di collettore di corrente. Essendo l’ambiente interno all’accumulatore fortemente corrosivo ed ossidante, il solo materiale utilizzabile per le griglie è il piombo anche se, attualmente, vengono prodotti accumulatori di moderna concezione con griglie realizzate esternamente da piombo e internamente da altri metalli quali rame, alluminio o titanio. Il piombo presente negli accumulatori, per motivi di stabilità meccanica e di colabilità, viene legato con l’antimonio che risulta però dannoso elettrochimicamente poiché incrementa l’autoscarica della batteria e, a parità di altre condizioni, provoca un maggiore consumo dell’elettrolita.

Il problema è stato in parte risolto aggiungendo alla lega piombo-antimonio altri materiali quali arsenico e stagno. Quando la conservazione della carica a circuito aperto risulta fondamentale, gli accumulatori vengono realizzati con griglie di piombo e metalli alcalino terrosi come il calcio (accumulatori al piombo-calcio).

Gli elettrodi di un accumulatore risultano chimicamente a contatto tra loro grazie all’elettrolita e normalmente ogni elettrodo (positivo o negativo) è formato da più piastre collegate in parallelo e separate da dei “diaframmi”. Questi ultimi hanno il compito di impedire il contatto metallico ed il passaggio di particelle di materiale elettrodico tra le piastre, ma devono permettere il flusso ionico e la circolazione dell’elettrolita. Attualmente i diaframmi o separatori vengono realizzati con fibre cellulosiche o con cloruro di polivinile sinterizzato. Come citato in precedenza, all’interno di un accumulatore avvengono due processi elettrochimici, uno legato alla scarica e l’altro alla carica.

Nel primo caso, nell’elettrodo positivo il biossido di piombo si combina con l’acido solforico e si trasforma in solfato di piombo, nel contempo l’ossigeno liberato dal piombo si combina con l’idrogeno liberato dall’acido solforico e forma acqua. Nel polo negativo, il piombo si combina con l’acido solforico e si trasforma in solfato di piombo e la densità dell’elettrolita diminuisce.

Durante la carica, il processo chimico si svolge in senso inverso a quello sopra citato e il solfato di piombo si trasforma in piombo sia sull’elettrodo negativo che su quello positivo liberando acido solforico e aumentando la densità dell’elettrolita. Durante quest’ultimo processo la tensione elettrica dell’elemento aumenta fino a quando, superato un certo valore, si verifica l’elettrolisi dell’acqua. La quantità di energia che viene immagazzinata e che può essere poi richiesta all’accumulatore viene denominata capacità e si misura in ampèrora (Ah).

La capacità si calcola moltiplicando l’intensità della corrente di scarica per la durata della scarica stessa e viene espressa dalla seguente formula: C = I x T dove “C” rappresenta la capacità espressa in Ah, “I” indica la corrente di scarica in Ampère e “T” rappresenta il periodo che intercorre tra l’inizio della scarica e il raggiungimento di un livello di tensione prestabilito sotto il quale non bisogna scendere per evitare di danneggiare la batteria.

Gli accumulatori possono essere utilizzati per servizi in tampone o in modo ciclico. Nel primo caso, l’accumulatore risulta perennemente collegato ad un sistema di ricarica che eroga tipicamente una tensione compresa tra 2,25 e 2,30 volt per cella. Nel secondo tipo di funzionamento, l’accumulatore viene caricato e scaricato (su di un carico) in continuazione, ovvero ciclicamente. Il circuito di ricarica deve, in questo caso, generare una tensione più alta, tipicamente 2,5 volt per cella.

Il kit è disponibile da Futura Elettronica

 

 

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